Mit dieser Lösung kann ein Maschinenbauer seine zukünftigen Konstruktionen auf Basis einer Automatisierungsplattform einfach und modular anpassen oder erweitern, ohne seine ursprüngliche Struktur zu verändern. Durch die Modularität können in der Regel 5 % an Hardware eingespart werden.

CPX-AP-I wurde kürzlich von einem Maschinenbauer in seine Konstruktion für eine Maschine zur Endbearbeitung von Kunststoffplatten integriert. Dabei handelt es sich meist um vorgeformte, relativ lange und schmale Teile, in die durch Stanzen Ausschnitte eingebracht werden. Dies geschieht pneumatisch. Da nicht alle Platten gleich dick sind, manchmal auch aus verschiedenen Kunststoffen bestehen und zudem unterschiedlich geformt sind, muss der erforderliche Pneumatikdruck für jedes Produkt und jeden Ausschnitt angepasst werden. Ursprünglich wurden hierzu Proportional-Druckregelventile genutzt, die direkt von der SPS gesteuert wurden.

Von zentral zu dezentral

Die entsprechende Konstruktion der Maschine hatte einige Nachteile im Zusammenhang mit der zentralen Steuerung der pneumatischen Stanzeinheiten. Es wurden acht Proportionalregler direkt in eine zentrale Ventilinsel im Schaltschrank integriert. Vier Stanzbewegungen erfolgten in relativ geringem Abstand zu dieser Ventilinsel - 3 bis 5 Meter -, die anderen vier jedoch auf der gegenüberliegenden Seite der Maschine. Für diese vier Stanzeinheiten mussten Kabel und Luftschläuche mit Längen von 10 bis 12 Metern vom Schaltschrank aus verlegt werden. Abgesehen von den hohen Material- und Installationskosten bedeutete dies auch eine ungenauere Steuerung der hinteren vier Stanzeinheiten und eine längere Zykluszeit.

Als der betreffende Maschinenbauer einen Auftrag über vier baugleiche Maschinen erhielt, informierte er sich bei Festo als technischem Partner über die Möglichkeiten, die neue Technologien bieten können. Schneller, besser, langlebiger, billiger? Bei den Gesprächen tat sich die neue CPX-AP-I als mögliche Lösung für eine dezentrale Steuerung der Stanzeinheiten und als Möglichkeit auf, die Maschine „zukunftssicher“ zu machen. Doch es gab noch viele weitere Vorteile.

Dezentrales I/O System

Um diese Vorteile zu verstehen zu können, müssen wir zunächst einmal klären, was das CPX-AP-I überhaupt ist. Es ist ein neues I/O-System, das für den direkten Anschluss einer Vielzahl von E/A-Modulen und Ventilinseln im Feld konzipiert ist. Das System kann über die gängigsten Feldbusse einfach in die wichtigsten SPS-Systeme integriert werden, ohne dass die einzelnen Komponenten mit einem Feldbusknoten ausgerüstet werden müssen. Es ist auch möglich, IO-Link zu integrieren, was den Anschluss beliebiger I/O-Link-Komponenten erleichtert und alle damit verbundenen Vorteile bietet.

In der nachstehenden Abbildung ist der Aufbau eines solchen Systems dargestellt.

This shows that valve terminals and I/O link masters can be integrated directly into the master control system (PLC) regardless of the industrial automation network used. So both pneumatic and electrical modules and with support for all known field buses. In other words, it is no longer necessary to link/ integrate valve terminals via an IO-link master; they can be controlled directly via the AP bus, which improves performance in terms of reliability and efficiency. In addition, this means a saving in the number of bus nodes or components.

Modular structure in a familiar environment

The CPX AP-I offers the possibility of a modular, and therefore easily scalable, design. Adding or removing functionalities, modules or otherwise is possible without the need to modify the existing topology. Changing the bus system is also possible by only modifying the bus node. The Bill of Materials (BOM) and control architecture are fully retained. Furthermore, the machine builder can continue to program in his familiar environment and is in no way affected by the fact that the I/O system works with a proprietary bus system. In terms of numbers, he is certainly not limited, since up to 500 modules can be linked in line, star and tree topology.

Ready for digitisation in the age of Industry 4.0

In addition to the fact that the CPX AP-I can easily integrate components, it also offers the possibility of sending data to the cloud. This is a typical feature that fits into Smart Industry and fully automated Smart Factories. It means that a wide range of data, for example short circuits, IO-link events, number of circuits, cable quality, temperature, voltage, operating hours, etc., can be collected centrally. This data can then be analysed and converted into valuable information in the context of optimisation, cost calculations or, for example, 'smart maintenance'. It makes it possible to monitor various modules and the channels and to give an alarm in time if things threaten to go wrong. Moreover, it enables efficient maintenance planning and steps towards predictive maintenance.

Applied in practice

The machine builder who started this story switched to the CPX AP-I on Festo's recommendation and has now literally seen the benefits with his own eyes. Due to the decentralised design, the group of eight proportional pressure regulators is now divided into two groups of four. The second group is placed on the other side of the machine and is therefore much closer to the punching units. This ultimately saved so much installation time and material that a cost saving of 5% was achieved when four machines were built. He was also able to offer his customer lightning-fast communication for all modules that do not use IO-Link. The figures of 200 MBaud and cycle times of up to 250 µs are impressive. Because two separate cables are used for communication and power supply, he also has the option of working with voltage zones if necessary. Finally, he was relieved that his existing topology could be fully retained. He can easily integrate valve terminals without the need for additional bus nodes or IO-Link masters. The number of interface modules is also limited due to the large number of components that can be linked to a bus module.

Ready for the future

The machines have now been delivered and are running satisfactorily. So well, in fact, that the machine builder has elevated the new remote I/O system to the standard for all new machines that will be developed and built in the future. Only when customers explicitly come up with different specs, will other systems be used. Whether these are for the automotive industry, packaging machines or otherwise. This is what we need" was the final verdict of the (happy) machine builder.